Quartz vs Silice fondue: Quelles sont les différences?

La liste des termes utilisés pour décrire divers matériaux à base de silice est confuse, longue et souvent mal comprise; ces termes incluent la silice fondue, la silice, le verre de quartz, le quartz fondu et les quarts.

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Cet article explorera les propriétés uniques de la silice fondue et du quartz, ainsi que quelques matériaux connexes pour dissiper la confusion entourant ces termes.

Quartz vs Silice

L’une des choses les plus importantes à savoir concernant la silice fondue et le quartz est qu’ils sont tous deux principalement constitués de silice, également appelée dioxyde de silicium. La silice est le constituant principal de la plupart des types de verre et a la formule chimique SiO2.

Le quartz minéral est la principale forme sous laquelle la silice se trouve dans la nature; le quartz minéral constitue une fraction appréciable de la croûte terrestre et est un matériau cristallin dur et transparent. Outre la silice, le quartz contient également des impuretés naturelles dans diverses proportions qui dépendent de son origine géologique.

« Silice » désigne un composé chimique spécifique, le dioxyde de silicium, de formule chimique SiO2. Pendant ce temps, le quartz est un minéral cristallin naturel qui se compose principalement de silice mais contient quelques impuretés.

Solides cristallins et Amorphes

Afin de comprendre les différences entre les différents matériaux à base de silice, il faut d’abord comprendre les différences fondamentales entre les solides amorphes et les solides cristallins.

La façon dont les atomes sont disposés à l’intérieur des solides est de définir la différence. Les atomes constitutifs sont disposés en motifs réguliers et répétitifs appelés réseaux cristallins dans un solide cristallin. Un exemple de matériau à base de silice cristalline est le quartz: les atomes d’oxygène et de silicium sont disposés dans une structure ordonnée bien définie.

Les atomes d’un solide amorphe, cependant, n’ont pas d’ordre à longue portée. Dans un solide amorphe, la disposition apparemment aléatoire des molécules ressemble à celle d’un liquide, sauf qu’elles ne se déplacent pas et sont plutôt fixées en place.

Les solides amorphes constituent la plupart des matériaux que nous considérons comme du « verre ». En effet, le terme  » vitreux » peut être utilisé pour décrire tout matériau à structure atomique amorphe.

Les caractéristiques d’un matériau peuvent être profondément influencées selon que ses atomes sont orientés de manière aléatoire ou disposés de manière ordonnée. L’effet de transition vitreuse des solides amorphes en est l’un des exemples les plus frappants.

Au-delà du domaine de la silice ou d’autres matériaux à base d’oxyde, les métaux « vitreux » désordonnés sont souvent choisis pour une utilisation en raison de leurs caractéristiques mécaniques inhabituelles par rapport à d’autres métaux conventionnels.

Le quartz et d’autres matériaux à base de silice peuvent être caractérisés à la fois par leur amorphe ou cristallin, ainsi que par leur composition chimique.

Définition des matériaux à base de silice

Maintenant que les principes fondamentaux ont été établis, cet article explorera les différences entre la silice fondue, le quartz et d’autres matériaux à base de silice.

Quartz

Le quartz, comme mentionné ci-dessus, est la principale forme de silice qui se produit naturellement. Le quartz est un solide cristallin, ce qui signifie qu’il a des propriétés très distinctes du verre alors qu’il ressemble toujours au verre à la fois en termes de composition chimique et d’apparence.

Les applications industrielles du quartz (c’est-à-dire le minéral cristallin) sont limitées. Cependant, les oscillateurs à quartz se trouvent dans les systèmes électroniques, plus familièrement dans les montres-bracelets.

Les applications industrielles de quartz utilisent parfois du « quartz synthétique » fabriqué. Ce matériau serait peut-être décrit plus précisément comme de la silice cristalline, mais est souvent simplement appelé « quartz. »

Silice fondue et Quartz fondue

Le mot « fondue » désigne ici une étape de traitement: la silice fondue est nominalement de la silice pure qui a été fondue et refroidie pour former un solide amorphe vitreux.

La silice fondue ne contient aucun additif tout en ressemblant à d’autres verres à bien des égards. La silice fondue, en tant que matériau spécialisé, a plusieurs applications hautes performances.

Les termes  » quartz fondu  » et  » silice fondue  » sont souvent interchangeables. Cependant, le « quartz fondu » désigne plus spécifiquement un solide amorphe formé par fusion de quartz naturel. Cela signifie que si la silice fondue est apparemment du SiO2 pur, le quartz fondu contient des impuretés dépendant du quartz utilisé.

Verre de silice et Verre de quartz

Les deux termes sont souvent utilisés de manière plus générique et sont généralement considérés comme interchangeables. Ces termes pourraient tous deux se référer soit au quartz fondu, soit à la silice fondue.

Applications de la silice fondue

La structure amorphe de la silice fondue lui confère plusieurs propriétés électriques, mécaniques et thermiques très souhaitables et distinctes tout en étant chimiquement similaires au quartz.

Il est courant que les verres contiennent des additifs tels que des oxydes alcalino-terreux, alcalins ou autres pour améliorer les propriétés physiques et chimiques et abaisser la température de traitement (de fusion) du verre; cependant, la silice fondue est très pure. Il en résulte des températures de travail plus élevées tout en offrant des caractéristiques différentes des autres verres.

La silice fondue ne se dilate pas ou ne se contracte pas beaucoup lorsqu’elle est chauffée ou refroidie car elle a un très faible coefficient de dilatation thermique. Cela signifie que la silice fondue peut résister à un chauffage ou à un refroidissement très rapides sans se fissurer et est très résistante aux chocs thermiques.

Les caractéristiques thermiques de la silice fondue la rendent très précieuse pour les composants industriels à haute température tels que la fabrication du verre, les bateaux pour la fabrication de l’acier, les plateaux et les creusets.

Il existe un très large spectre de lumière dans lequel la silice fondue est transparente, s’étendant de l’infrarouge lointain à l’ultraviolet profond. Cela fait de la fusion un composant clé dans une gamme de lentilles, miroirs et autres optiques transmettant les UV ou les IR, ainsi que dans les fibres optiques.

La silice fondue résiste à la plupart des acides (à l’exclusion de l’acide fluorhydrique) et est également extrêmement inerte chimiquement. Le fait d’être chimiquement inerte prête de la silice fondue aux applications biomédicales, souvent sous forme de silice poreuse.

La combinaison de résistance, de transparence et de stabilité thermique fait de la silice fondue un candidat solide pour le développement de nouvelles applications, y compris les circuits micro-ondes gravés, les substrats de photolithographie et comme couche protectrice dans les dispositifs à semi-conducteurs.

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Citations